Родился 30 сентября 1917 года в Ярославле. В 1922 году семья переехала в Москву.
В 1934 году Юрий Любимов был принят в студию при МХАТе II. В 1935 году сыграл свою первую роль в спектакле «Мольба о жизни» Жака Дюваля. После закрытия в 1936 году МХАТа II перешел в Театр имени Вахтангова. В 1939 году окончил Театральное училище имени Щукина при театре имени Вахтангова. В том же году призван в армию. В 1941–1946 годах служил в ансамбле песни и пляски НКВД, организованном для поддержки войск. С 1941 года также начал сниматься в кино, первая роль — в фильме «Цветные новеллы» Александра Мачерета. После войны вернулся в Театр имени Вахтангова, где в 1946–1964 годах сыграл свыше 30 ролей. В 1953 году начал преподавать в Щукинском училище.
В 1959 году дебютировал как режиссер, поставив в Театре имени Вахтангова пьесу Александра Галича «Много ли человеку надо». В 1963 году на сцене Щукинского училища поставил спектакль «Добрый человек из Сезуана» по пьесе Бертольта Брехта, после чего ему предложили возглавить Театр драмы и комедии, расположенный на Таганской площади.
23 апреля 1964 года спектаклем «Добрый человек из Сезуана» открылся Театр на Таганке, Юрий Любимов стал его художественным руководителем. За время работы в театре режиссер поставил свыше 50 спектаклей, в которых играли Владимир Высоцкий, Валерий Золотухин и многие другие известные актеры.
В марте 1984 года после интервью британской газете Times Юрий Любимов был освобожден от должности худрука театра. 11 июля 1984 года президиум ВС СССР лишил его гражданства. Режиссер уехал за рубеж, сотрудничал с театрами Австрии, Великобритании, США, Италии, Франции и других стран. В мае 1988 года вернулся в Москву. 23 мая 1989 года ему вернули гражданство и должность худрука театра.
В июне 2011 года на гастролях в Чехии произошел конфликт режиссера и труппы, требовавшей выплаты гонорара перед публичной репетицией. После этого Юрий Любимов заявил, что покидает театр, и подал в столичный департамент культуры заявление об уходе.16 июля 2011 года он был освобожден от должности.
В 2012 году поставил «Бесов» в Театре имени Вахтангова, в 2013-м — оперу «Князь Игорь» в Большом театре. Автор идеи создания оперы-буфф «Школа жен» по комедии Мольера, премьера которой прошла в мае 2014 года в «Новой Опере».
Награжден орденами Великой Отечественной войны II степени, Трудового Красного Знамени, «За заслуги перед Отечеством» II, III и IV степеней, Святого Константина, командора искусств и литературы (Франция) и другими наградами. Лауреат Сталинской премии 1952 года, Госпремии РФ 1997 года. Народный артист РФ.